مضان منخفض التكلفة وتصميم المجهر الميداني الساطع
في هذا الدليل، سأقوم بمراجعة المبادئ الأساسية للفحص المجهري الفلوري وكيفية بناء ثلاثة مجاهر مختلفة منخفضة التكلفة. تكلف هذه الأنظمة عادةً آلاف الدولارات، لكن الجهود الأخيرة جعلت الحصول عليها أسهل. التصميم الذي أقدمه هنا يستخدم الهواتف الذكية، وكاميرات dSLR، ومجاهر USB. ويمكن أيضًا استخدام كل هذه التصميمات كمجاهر مفتوحة المجال.
الخطوة 1: نظرة عامة على الفحص المجهري الفلوري
لفهم المفاهيم الأساسية للفحص المجهري الفلوري، تخيل الغابات الكثيفة والأشجار والحيوانات والشجيرات والغابات الأخرى التي تعيش في الغابة ليلاً. إذا قمت بتسليط مصباح يدوي على الغابة، فسترى كل هذه الهياكل وسيكون من الصعب تخيل حيوانات أو نباتات معينة. بافتراض أنك مهتم فقط برؤية شجيرات التوت في الغابة. ولتحقيق ذلك، تحتاج إلى تدريب اليراعات على أن تنجذب فقط إلى شجيرات التوت، بحيث عندما تنظر إلى الغابة، ستضيء شجيرات التوت فقط. يمكنك القول أنك قمت بتمييز شجيرات التوت باليراعات، حتى تتمكن من رؤية هياكل التوت في الغابة.
في هذا التشبيه، تمثل الغابة العينة بأكملها، وتمثل شجيرة التوت البنية التي تريد تصورها (مثل خلايا معينة أو عضيات تحت خلوية)، واليراعات عبارة عن مركبات فلورية. إن حالة إطلاق النار على مصباح يدوي بمفرده بدون اليراعات تشبه مجهر المجال الساطع.
الخطوة التالية هي فهم الوظائف الأساسية لمركبات الفلورسنت (المعروفة أيضًا باسم الفلوروفور). مجموعات الفلورسنت هي في الواقع أجسام صغيرة (مقياس النانو) مصممة لربط هياكل محددة في العينة. إنها تمتص الضوء من نطاق ضيق من الأطوال الموجية وتعيد بعث الضوء من طول موجي آخر. على سبيل المثال، يمكن لمجموعة الفلورسنت أن تمتص الضوء الأزرق (أي أن مجموعة الفلورسنت متحمسة بالضوء الأزرق) ثم ينبعث منها الضوء الأخضر مرة أخرى. عادة، يتم تلخيص ذلك من خلال أطياف الإثارة والانبعاث (كما هو موضح في الشكل أعلاه). توضح هذه المخططات الأطوال الموجية للضوء التي يمتصها الفلوروفور والأطوال الموجية للضوء المنبعثة من الفلوروفور.
تصميم المجهر مشابه جدًا لتصميم المجهر العادي المفتوح، مع وجود اختلافين رئيسيين. أولاً، يجب أن يكون الضوء الذي يضيء العينة عند الطول الموجي لمجموعة الفلورسنت المثارة (على سبيل المثال أعلاه، الضوء أزرق). ثانيًا، يحتاج المجهر فقط إلى جمع الضوء المنبعث (الضوء الأخضر) أثناء حجب الضوء الأزرق. وذلك لأن الضوء الأزرق موجود في كل مكان، لكن الضوء الأخضر يأتي فقط من هياكل محددة في العينة. لحجب الضوء الأزرق، تحتوي المجاهر عادةً على ما يسمى مرشح التمرير الطويل الذي يسمح للضوء الأخضر بالمرور دون الضوء الأزرق. كل مرشح تمرير طويل له طول موجي مقطوع. إذا كان الطول الموجي للضوء أكبر من الطول الموجي المقطوع، فإنه يمكن أن يمر عبر مرشح. ولذلك، فإن الاسم هو "تمرير المسافات الطويلة". يتم حظر الأطوال الموجية الأقصر.
الخطوة الثانية: نمذجة المجهر باستخدام البصريات الضوئية
هذه خطوة إضافية في تصميم المبدأ الأساسي للمجهر. ليست هناك حاجة لبناء مجهر مضان، لذلك إذا كنت لا ترغب في الخوض في علم البصريات، يمكنك تخطي ذلك.
يمكن نمذجة كل من المجاهر ذات المجال الساطع والمجاهر الفلورية باستخدام أجهزة الأشعة الضوئية. الفرضية الأساسية للبصريات الشعاعية هي أن سلوك الضوء يشبه سلوك الضوء الذي ينتشر بعيدًا عن مصدر الضوء. عندما تنظر حولك في الغرفة، سترى ضوء الشمس خارج النافذة أو الضوء الناتج عن المصباح الكهربائي. ثم يتم امتصاص الضوء أو انعكاسه بواسطة الأشياء الموجودة في الغرفة. بعض الضوء المنعكس سيجعله يواجه عينيك. إذا كان جسم ما مضاء، يمكنك أن تتخيل كل نقطة على الجسم ينبعث منها الضوء في جميع الاتجاهات (كما هو موضح في الصورة أعلاه). تقوم العدسة، مثل العدسة الموجودة في أعيننا، بتركيز الضوء إلى نقطة معينة حتى نتمكن من رؤية الجسم. بدون عدسة، يستمر الضوء في الانتشار للخارج ولا يشكل صورة.
